電氣安全第5章

1、第五章 過電壓及低壓系統(tǒng)電涌保護 過電壓指系統(tǒng)出現(xiàn)了超過正常電壓范圍的高電壓值。過電壓主要對線路、配電設(shè)備和變壓器危害大，低壓系統(tǒng)中特定類型過電壓對用電設(shè)備和環(huán)境也有危害。 電涌是一種能量脈沖，以過電壓或過電流形式表現(xiàn)。電涌主要對低壓系統(tǒng)、用電設(shè)備和電子信息設(shè)備危害大。 學(xué)習(xí)本章的基本思路： （1）一對矛盾過電壓與設(shè)備耐壓。 過電壓：加害者及加害強度； 設(shè)備耐壓：受害者的承受能力。 第三方保護器件，避雷器或電涌保護器。調(diào)和以上矛盾。 （2）電壓是電場能量在電路中的表征參量，注意從能量轉(zhuǎn)換與傳遞的角度理解過電壓。第一節(jié) 過電壓與設(shè)備耐壓電壓過工頻諧振過電壓操作過電壓內(nèi)部過電壓雷擊電磁脈沖侵入雷電

2、波感應(yīng)雷直擊雷外部（大氣）過電壓過電壓 一、過電壓 1、過電壓的分類 外部過電壓能量來自于雷電，通過各種途徑耦合到電網(wǎng)中。 又稱大氣過電壓、雷電過電壓等。 操作過電壓能量來自于操作過程中電網(wǎng)能量的轉(zhuǎn)換和重新分配切高壓電動機切并聯(lián)電抗器切空載變壓器操作感性負載投空載長線切空載長線切電容器組操作容性負載操作過電壓 諧振過電壓能量來自于電網(wǎng)不同部分之間電、磁能量的來回轉(zhuǎn)換。電磁式電壓互感器飽和線路斷線非線性諧振傳遞過電壓消弧線圈補償網(wǎng)絡(luò)諧振線性諧振諧振過電壓 工頻過電壓能量直接來自于系統(tǒng)電源高電壓傳導(dǎo)中性點位移突然甩負荷不對稱故障過補償長線電容效應(yīng)工頻過電壓 外部過電壓能量來自于雷電，過電壓大小與系

3、統(tǒng)標稱電壓無關(guān)，因此對中、低壓系統(tǒng)危害特別大。 內(nèi)部過電壓能量來自于系統(tǒng)本身，過電壓程度與系統(tǒng)標稱電壓密切相關(guān)，因此對超高壓和特高壓系統(tǒng)危害特別大。 工頻過電壓諧振過電壓暫時過電壓操作過電壓大氣過電壓瞬態(tài)過電壓過電壓 電壓是電場能量在電路中的表征參量，以上類別是根據(jù)能量的來源進行劃分的。 按過電壓的持續(xù)性，過電壓還可作如下分類。 2、與過電壓量值表達相關(guān)的兩個術(shù)語 （1）系統(tǒng)最高電壓Um。在正常運行條件下，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大電壓值，但不包括瞬變電壓。 對中壓系統(tǒng)，Um一般為系統(tǒng)標稱電壓UN的1.2倍。 （2）系統(tǒng)最高電壓范圍。 范圍I：3.6kVUm252kV。 范圍，Um 252kV。 注意

4、不要低壓系統(tǒng)的電壓區(qū)段混淆。 3、過電壓程度的工程表示方法。 （1）大氣過電壓：直接用電壓值表述。 （2）相對地工頻過電壓：用標幺值表述，基值為最高相電壓有效值，記為p.u.： （3）相對地操作與諧振過電壓：同樣用標幺值表述，基值為最高相電壓幅值：3p.umU32p.umU 二、電氣設(shè)備的耐壓 重要概念1：電氣設(shè)備耐壓與作用于其上的電壓形式和作用時間、作用次數(shù)等密切相關(guān)。 作用于其上的電壓作用電壓。 應(yīng)考慮哪些形式的作用電壓呢？ 根據(jù)設(shè)備實際可能承受的過電壓情況，確定出一些相對應(yīng)的典型作用電壓形式，并以工程標準的形式發(fā)布推行。 重要概念2：與標準作用電壓相對應(yīng)，規(guī)定了一系列標準耐受試驗，通過這

5、些試驗，可得出設(shè)備絕緣在不同情況下的耐受電壓能力，如： 最高工作電壓：能長期承受的工頻電壓上限值，由持續(xù)工頻耐壓試驗確定。 1min短時工頻耐壓：由短時工頻耐壓試驗確定，考察對暫時過電壓承受能力。 雷電沖擊耐壓：由1.25s/50s沖擊耐壓試驗確定，考察對雷電過電壓的耐受能力。 作用電壓及耐受試驗（1）分分 類類低頻電壓低頻電壓持續(xù)（工頻）暫時電壓波形電壓波形范圍 f=50Hz，Td1h 10Hzf500Hz0.03sTd3600s標準電壓波形Td在有關(guān)設(shè)備標準中規(guī)定48Hzf62Hz標準耐受試驗在有關(guān)設(shè)備標準中規(guī)定短時工頻試驗f1/dTTd1/f作用電壓及耐受試驗（2）分分 類類瞬態(tài)電壓瞬態(tài)

6、電壓緩前波（操作過電壓）快前波（雷電過電壓）電壓波形電壓波形范圍20sT15000s，T220ms0.1sT120s，T2300s標準電壓波形T1=250s，T2=2500sT1=1.2s，T2=50s標準耐受試驗操作沖擊試驗雷電沖擊試驗T2T150%100%90%30%1T2T50%100%型號型號最高工作電壓最高工作電壓(有效值有效值)/kV短時工頻耐受電壓短時工頻耐受電壓/(有效值有效值1min)/kV雷電沖擊耐受電雷電沖擊耐受電壓壓/(1.2/50s峰峰值值)/kVJDZ-33.52340JDZ-66.93260JDZ-1011.54275JDZ-3540.595200設(shè)備耐壓參數(shù)示例

7、（電壓互感器） 氣體絕緣沖擊耐壓的伏秒特性： 表明擊穿時間與電壓量值的關(guān)系。 注意波前擊穿與波尾擊穿電壓取值不同。ut543210第二節(jié) 變配電所過電壓保護 過電壓與設(shè)備耐壓是一對矛盾。 設(shè)備耐壓強于過電壓，無擊穿危險。 設(shè)備耐壓不及過電壓，會被擊穿。 怎么辦保護。 避雷器：典型保護器件。 原理：先于被保護設(shè)備被擊穿，釋放過電壓能量。 一、避雷器 1、類別與工作原理 ）金屬氧化物閥式（磁吹閥式普通閥式閥式閥式排氣管式保護間隙避雷器MOASiC （1）理想避雷器工作原理 壓控非線性阻抗，阻抗無窮大或零。 （2）保護間隙與管式避雷器 1）保護間隙。特性陡峭、滅弧能力不強、動作后有截波現(xiàn)象，安裝在室

8、外，以泄放能量為主要任務(wù)32145各種形式的保護間隙產(chǎn)品圖圖8-12 保護間隙保護間隙a) 雙支持絕緣子單間隙雙支持絕緣子單間隙 b) 單支持絕緣子單間隙單支持絕緣子單間隙 c) 雙支持絕緣子雙間隙雙支持絕緣子雙間隙s 保護間隙保護間隙 s1 主間隙主間隙 s2 輔助間隙輔助間隙 2）排氣管式避雷器。滅弧能力提高，其他改進不大。 工頻續(xù)流、短路電流校合及截波問題。21S143S2 工頻續(xù)流 過電壓過去后，避雷器仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，在系統(tǒng)正常工作電壓作用下，會產(chǎn)生對地工頻電流。 三相避雷器同時對地導(dǎo)通，相當于三相短路。因此，工頻續(xù)流相當于三相短路電流。 避雷器應(yīng)該快速熄滅工頻續(xù)流。否則，系統(tǒng)繼電保護

9、會動作跳閘，造成停電事故；或避雷器本身會被燒壞或爆炸。 排氣管式避雷器短路電流校合 工頻續(xù)流即避雷器安裝處短路電流。 該電流過小，電弧強度不夠，排氣管產(chǎn)氣量不足以吹滅電弧，使工頻續(xù)流持續(xù)存在。 該電流過大，產(chǎn)氣過多，會使排氣管爆炸。 廠家對管式避雷器會給出一個允許的短路電流范圍。若安裝處實際短路電流在該范圍內(nèi)，即為合格。確認是否合格的過程，稱為管式避雷器短路電流的校合。 截波的危害 電壓從一個較大值急劇下降，稱為電壓截波。電壓截波對設(shè)備的縱絕緣威脅較大。 縱絕緣：同一相間的絕緣，如匝間絕緣。 橫絕緣：相與相間、相與地間的絕緣。 管式避雷器導(dǎo)通后，導(dǎo)通阻抗很小，相當于對地短路，使電壓急劇下降，產(chǎn)

10、生截波。波頭陡度對匝間絕緣的威脅波頭陡度對匝間絕緣的威脅 （3）閥式避雷器 閥可開、可關(guān)。 開：通流能力。 關(guān)：封閉能力。 1）結(jié)構(gòu)：由閥片或閥片間隙串聯(lián)組合而成。 SiC閥片：為非線性電阻。缺陷：關(guān)不嚴，在正常工作電壓作用下，會產(chǎn)生較大泄漏電流。 解決辦法：串聯(lián)間隙。 ZnO閥片：接近理想“閥”特性，可不串聯(lián)間隙。SiC閥式避雷器示例實物圖片實物圖片間隙結(jié)構(gòu)1間隙間隙 2閥片閥片 各種閥片與線性電阻的伏安特性。 注意SiC閥片在正常工作電壓作用下泄漏電流達到100A。tu0理想避雷器ZnO避雷器SiC避雷器100A10kA 2）工作原理及優(yōu)缺點。 a）SiC閥式避雷器 正常時，由間隙隔斷泄漏

11、電流，保證閥片不損壞。 過電壓到來時，間隙放電擊穿，通過閥片電阻泄放過電壓能量。電流大，電阻小。由于閥片電阻的存在，電壓下降陡度變緩，不會出現(xiàn)截波。 過電壓過去后，閥片電阻隨電流減小而增大，以正反饋方式快速切斷工頻續(xù)流。 主要優(yōu)缺點 優(yōu)點：工頻續(xù)流不超過半個周期，無截波。 缺點：間隙響應(yīng)時間長，閥片通流容量小，不能用于內(nèi)部過電壓防護。 常見類別系列：旋轉(zhuǎn)電機型以下電網(wǎng)系列：配電型，磁吹型及以下變電所系列：變電所型，以下電網(wǎng)系列：配電型，普通型避雷器FCDkV10FCZkV220FZkV10FS b）ZnO閥式避雷器 正常時，閥片泄漏電流很小，可認為可靠關(guān)斷。泄漏電流引起的閥片溫升無熱崩潰危險。

12、 過電壓到來時，導(dǎo)通度隨電壓升高而增大，即時泄放過電壓能量，在完全導(dǎo)通前已經(jīng)衰減了過電壓幅值。 過電壓過去后，閥片阻值增大，關(guān)斷工頻續(xù)流。 與SiC閥式避雷器對比： 特點：氧化鋅閥片特性接近于理想“閥”的特性，正常工作電壓作用下泄漏電流很小，可取消串聯(lián)間隙。 優(yōu)點：響應(yīng)快、無續(xù)流、通流容量大、耐重復(fù)動作、耐重載。 用途：除適用于SiC閥式避雷器傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域外，還可用于陡波保護和內(nèi)部過電壓保護。12a)b)212d)c)211各類避雷器動作比較a）保護間隙b）管式避雷器c）SiC閥式避雷器d）ZnO閥式避雷器 2、SiC閥式避雷器主要電氣參數(shù) （1）額定電壓。為保證工頻續(xù)流電弧在第一次過零時熄滅

13、，所允許加在避雷器上的最高工頻電壓。又稱滅弧電壓。 用途：避雷器的工作電壓應(yīng)低于該電壓。 （2）工頻放電電壓。使避雷器發(fā)生放電的最低工頻電壓。 用途：避雷器安裝處的內(nèi)部過電壓不能高于該電壓。被保護設(shè)備工頻耐壓不應(yīng)低于該電壓。 （3）沖擊放電電壓。在標準波形沖擊電壓作用下，恰好使避雷器發(fā)生放電的電壓幅值。一般按雷電沖擊電壓波形給出。 用途：該電壓應(yīng)該低于被保護設(shè)備的沖擊耐壓。 （4）殘壓。避雷器導(dǎo)通后，沖擊放電電流在避雷器阻抗上產(chǎn)生的壓降。 殘壓與避雷器通過的電流大小有關(guān)，標準規(guī)定為5kA（220kV以下系統(tǒng)）。 用途：殘壓是避雷器的限壓效果，被保護設(shè)備承受的電壓不會低于殘壓。 （5）通流容量。

14、指避雷器泄放雷電流的能力。標準規(guī)定應(yīng)達到通過20s/40s、峰值5kA沖擊電流和100A工頻半波電流各20次。 用途：保護元件自身的承受能力問題。 示例：幾種SiC閥式避雷器的參數(shù)見下頁。型號系統(tǒng)標稱電壓避雷器額定電壓工頻放電電壓（有效值）/kV1.2/50s沖擊放電電壓（峰值）/kV8/20s，5kA標稱電流下殘壓（峰值）/kV有效值/kV不小于不大于不大于不大于配電用FS3-101012.726315050電站用FZ-101012.726314545旋轉(zhuǎn)電機用磁吹式FCD3-101012.725303133 3、氧化鋅閥式避雷器主要電氣參數(shù) MOA等同采用IEC標準命名參數(shù)，且沒有間隙，因

15、此有些參數(shù)名稱不同于SiC閥式避雷器，個別參數(shù)同名不同義，有些參數(shù)測量方法不相同，應(yīng)注意區(qū)分。 （1）額定電壓。避雷器吸收規(guī)定的過電壓能量（而不致發(fā)生熱崩潰）之前所允許短時加在避雷器上的最高電壓。 避雷器可能在輕度工頻過電壓情況下承受雷電過電壓 。如小接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，相地電壓已升高為線電壓，避雷器的熱承受力已經(jīng)下降，此時釋放雷電過電壓能量的能力降低，額定電壓就限定了這種能力降低的程度。 MOA不能在額定電壓下長期工作！ （2）最大持續(xù)運行電壓。避雷器能長期承受的最高電壓。 這是與避雷器壽命相關(guān)聯(lián)的一個參數(shù)。 電壓高泄漏電流大發(fā)熱大溫度高壽命短 壽命定溫度限發(fā)熱限泄漏電流限電壓限 避雷器

16、多安裝于系統(tǒng)電源端，因電壓調(diào)整等原因，電源端運行電壓可能長期高于標稱電壓。該參數(shù)正是表明了避雷器長期承受這種偏高的運行電壓的能力。 （3）起始動作電壓U1mA。超過這個電壓，避雷器將快速進入導(dǎo)通狀態(tài)。這個電壓所對應(yīng)的泄漏電流大致為1mA。 該電壓類似于SiC避雷器的放電電壓，它們都表示避雷器由截至變?yōu)閷?dǎo)通的臨界點，但MOA沒有間隙，不存在放電問題，因此用動作電壓表征。 （4）殘壓。與SiC避雷器類同，分三種情況。 1）雷電沖擊下殘壓：8s/25s、峰值5kA電流作用下的閥片電壓。 2）操作沖擊下殘壓：30100s/60200s、峰值0.5kA、1kA、2kA電流作用下的閥片電壓。 MOA可用作

17、防內(nèi)部過電壓，因此需考察這一參數(shù)。 3）陡波沖擊下的殘壓：1s/5s、峰值5kA電流作用下的閥片電壓。 （5）通流容量。與SiC避雷器概念相同，測試波形和方法不同，可見產(chǎn)品樣本。型號型號Y15W-系統(tǒng)系統(tǒng)標稱標稱電壓電壓避雷避雷器額器額定電定電壓壓避雷避雷器持器持續(xù)運續(xù)運行電行電壓壓直流直流1mA參考參考電壓電壓/kV工頻工頻1mA參考參考電壓電壓（有（有效值）效值）/kV陡波陡波沖擊沖擊電流電流下殘下殘壓不壓不大于大于8/20s，5kA雷電雷電沖擊電流沖擊電流下殘壓不下殘壓不大于大于操作操作沖擊沖擊流下流下殘壓殘壓不大不大于于2ms方波方波沖擊沖擊電流電流（峰（峰值）值）/A（有效值）（有效

18、值）/kV不小不小于于不小不小于于（峰值）（峰值）/kV0.5/2.60.380.50.421.22.6507.6/3067.641514.534.53025.57512.7/501012.76.62524.557.55042.575 二、變配電所的外部過電壓防護 （一）閥式避雷器的保護原理 1、保護有效性的必要條件 （1）避雷器保護特性與被保護設(shè)備耐壓特性配合。（指擊穿時間特性） （2）避雷器殘壓應(yīng)低于被保護設(shè)備沖擊耐壓。 該兩條必要條件充分嗎？取決于被保護設(shè)備和避雷器是否承受相同的電壓。 2、距離的影響T0= l / v0TtUT0+toptop2T0t= l / v0TtT0TuA避雷器

19、伏秒特性resUt02Ttopopt +0Tt避雷器電壓uA變壓器電壓uT避雷器沖擊放電電壓Ush器壓變lt 1）分析關(guān)注的重點：避雷器上電壓uA與變壓器上電壓uT的不同。 變壓器上承受的最高電壓為 避雷器上承受的最高電壓為Ush。 變壓器承受電壓高出避雷器的部分與雷電波陡度、波速和兩者距離有關(guān)。vlUUUU2shshmaxTvlU2res 雷電波陡度、波速都是外界因素。因此，避雷器和被保護設(shè)備安裝距離成為工程設(shè)計時考慮的主要因素。 2）變壓器實際承受的電壓波形tUresUT0 3）變壓器耐雷能力的表征。 為什么不直接用沖擊耐壓？ 避雷器動作后，變壓器實際承受的不再是一個完整的雷電波，而是一個

20、震蕩過電壓波形，其作用與截波較為類似。 工程上一般以變壓器的多次截波耐壓作為變壓器耐受雷電過電壓的能力。多次截波耐壓記作為Uit。 如：35kV變壓器多次截波耐壓為196kV，而同級FZ避雷器殘壓為134kV。 4）變壓器與避雷器間最大安裝距離。 由以上分析，保護有效的條件是 因此，變壓器和避雷器之間最大允許距離為itresmaxT2UvlUUmaxresit2lvUUl 小結(jié)：在避雷器保護特性與變壓器耐壓特性正確配合，以及避雷器殘壓與變壓器截波耐壓正確配合的前提下，還必須控制避雷器與變壓器的安裝電氣距離，才可使變壓器得到有效保護。 （二）變配電所電氣設(shè)備的過電壓保護 變壓器為最弱設(shè)備，其他設(shè)

21、備耐壓強于變壓器。只要變壓器受到可靠保護，其他設(shè)備應(yīng)無問題。 （三）變配電所進線段保護 進線段：變配電所前12km這段架空線。 保護措施：架設(shè)避雷線，降低雷電能量直接向相導(dǎo)線釋放的概率；裝設(shè)管式避雷器，泄放雷電能量，降低過電壓。 35kV變電所簡化進線段保護示例 解釋F2、F1和F的作用12kmF2F1FT 三、10/0.38kV變配電所過電壓防護示例 以供配電系統(tǒng)最常見的室內(nèi)10/0.4kV變配電所為例，從以下兩方面介紹過電壓保護設(shè)計所需考慮的問題。 （1）保護設(shè)置。 （2）參數(shù)配合。過電壓與設(shè)備耐壓的配合，設(shè)備耐壓與避雷器參數(shù)的配合。H05H04H06L 1L 2L 3共 用 接 地 體#

22、2TM EBH01H02#1TL 1L 2L 3NP EH03電 源 進 線饋 出 線 1、保護措施 進線段保護設(shè)置。 變壓器保護設(shè)置。 低壓側(cè)IT系統(tǒng)中性點過電壓保護設(shè)置。 低壓側(cè)TN系統(tǒng)過電壓保護設(shè)置正變換，逆變換。 2、參數(shù)配合 10kV配電設(shè)備耐受電壓的選擇。 1min工頻耐壓：相地42kV/相間42kV。 1.25/50s雷電沖擊耐壓：75kV。 錯誤示例：選擇符合歐盟標準的12kV配電設(shè)備： 1min工頻耐壓：相地28kV/相間42kV； 1.25/50s雷電沖擊耐壓：60kV/75kV。 不適用于中國小接地10kV系統(tǒng)。第三節(jié) 低壓系統(tǒng)常見電壓異常的危害與防護 一、中性點位移 1

23、、中性點位移概念 本質(zhì)：電氣上的“中性點”與電路中的“節(jié)點”的對應(yīng)關(guān)系變化。 典型現(xiàn)象：Y接負載星接節(jié)點不再是電氣中性點，使得各相電壓不再相等。 自學(xué)復(fù)習(xí)：中性點概念。 辯異：“中性點位移”與 “中性點對地電壓偏移”。 2、中性點位移產(chǎn)生原因及量值大小分析 中性線斷線、三相負荷不平衡。II32I2WVII2I21VUIZZIZEEIZIZZEEIIWIIIVIUIIIIIIIEPPPPPPPPPPPPIrEUUU3211332212322211NNZ1UIUZZ23IIIIINIIVWWVUENVWEE回路I回路I假設(shè)負載為純電阻P1:P2:P3UUNUVNUWNUNN1:1:12202202

24、2001:1:0.75210210240201:0.75:0.75198231231221:0.5:0.75184257224421:0.25:0.75172290218731:0.05:0.751643222171041:0:0.751633312181131:0:00380380220 3、中性點位移后果及防護 是一種差模（相間）與共模（相對地）混合過電壓形式。差模形式是主要危害。 主要危害用電設(shè)備。 在Yyn變壓器高壓側(cè)也會產(chǎn)生中性點位移（低壓側(cè)不平衡電流、3諧波等）。 現(xiàn)主要作預(yù)防性防護，補救性防護尚無成熟工程方法。 防護難點：用戶側(cè)工程技術(shù)的特殊問題。 二、直接傳導(dǎo)性過電壓 UUEU

25、VEUWEUVWNUUE=wvuUNEUwEUvEUuEL3L2L1EN 導(dǎo)致低壓側(cè)相導(dǎo)體和中性點對地過電壓。兩只電壓表的作用： 監(jiān)測間隙狀況、避免正常運行時擊穿或短路，使系統(tǒng)接地形式改變。 正常時，各110V讀數(shù)；間隙若擊穿，一只220V，另一只0V。 VVL1L2L3IT系統(tǒng)直接高電位傳導(dǎo)防護 三、通過接地體傳導(dǎo)的過電壓等電位聯(lián)結(jié)作用范圍內(nèi)UNMEBNEREUCI=CIERWVNICUICVE等電位聯(lián)結(jié)作用范圍外廣告燈箱EBL1PENL2L3uvw_ 解決方案示例L3L2NPEL1EB廣告燈箱等電位聯(lián)結(jié)作用范圍外ECVICUINVWREICMEBNU等電位聯(lián)結(jié)作用范圍內(nèi)1:1隔離變壓器_=

26、ICUERNE第四節(jié) 電涌 一、電涌的來源 1、什么是電涌（surge） 以雷擊電磁脈沖（LEMP）和（或）操作電磁脈沖（SEMP）為騷擾源，在電氣電子系統(tǒng)中耦合的能量脈沖。 用電磁兼容模型解釋電涌 按技術(shù)領(lǐng)域分類，電涌屬于電磁兼容（EMC）問題，電磁兼容的模型如下。騷擾源(發(fā)射器）(耦合路徑）耦合機制敏感設(shè)備(感受器） 按電磁兼容模型，對電涌解釋如下。 騷擾源（發(fā)射器）：LEMP和SEMP等。電感性耦合電容性耦合空間輻射耦合耦合）導(dǎo)體傳導(dǎo)耦合（電阻性耦合路徑 感受器（敏感設(shè)備）：低壓配電系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)，本課程主要介紹以低壓配電系統(tǒng)作為感受器的電涌保護。電涌電壓的示例tu雷電電涌電壓持續(xù)時

27、間約100 s頻率100kHz1MHz操作電涌電壓0工頻電壓波形 2、電涌的耦合路徑詳解 （1）傳導(dǎo)（阻性）耦合 主要是通過金屬管線的直接電氣連通，將能量脈沖從一處傳輸?shù)搅硪惶帯?在分析用等效電路上，這種耦合路徑可用一個電阻來表示，因此又叫做阻性耦合。 如：直接雷擊線路造成的侵入雷電波，接地導(dǎo)體上的雷擊電磁脈沖傳導(dǎo)（見下頁圖）等。設(shè)備1接閃器引下線建筑1EBB1PERsh1電涌電流雷電流屏蔽層芯線信號線sh2RPEEBB2建筑2引下線接閃器設(shè)備2EBB等電位連接板阻性耦合的電涌示例 （2）感性輻射耦合 指空間磁場傳遞的能量脈沖。 耦合的原理為電磁感應(yīng)。信線號線源電設(shè)備1設(shè)備2RL （3）容性輻

28、射耦合 指通過空間電場傳遞的能量脈沖。設(shè)備1建筑物1EBB1PE1注入電流外部防雷外部防雷PE2EBB2建筑物2設(shè)備2雷電通道注入電流信號線Rsh 小結(jié)： 電涌是LEMP或（和）SEMP通過阻性、感性或容性耦合傳遞到低壓系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)上的能量脈沖。 電涌的危害以脈沖電壓或脈沖電流的形式出現(xiàn)。 危害的對象除了絕緣以外，還包括用電設(shè)備本身的元、器件（又稱硬件）。 二、電涌強度計算 電涌能量騷擾源能量耦合衰減 1、騷擾源能量（雷電） 復(fù)習(xí)上一章內(nèi)容 考慮雷擊電磁脈沖問題時，應(yīng)考慮電閃中可能出現(xiàn)的三種雷擊形式： （1）短時首次雷擊； （2）首次后的短時雷擊； （3）長時間雷擊。短時雷擊長時間雷擊t

29、90%10%1T2TI50%I峰值電流（幅值）波頭時間T半峰時間12Ti+ _t_ +ic）向下閃擊的組合形式_+itti+_itti_a）b）d）c）單個首次短時雷擊首次短時雷擊后續(xù)多次短時雷擊后續(xù)多次短時和長時間雷擊首次短時雷擊后續(xù)長時間雷擊首次短時雷擊0000c）d）b）a）_itti_ +itti+ _ +ite）短時雷擊疊加的短時雷擊首次長時間雷擊后續(xù)長時間雷擊后續(xù)短時雷擊時雷擊疊加的短單一長時間雷擊00000向上閃擊的組合形式雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類別防雷建筑類別一類一類二類二類三類三類I I幅值幅值/kA200200150150100100T T1 1波頭時間波頭時間/s1

30、01010101010T T2 2波頭時間波頭時間/s350350350350350350Q Qs電荷量電荷量/C C10010075755050W W/ /R R單位能量單位能量/(M MJ/)10105.65.62.5首次短時雷擊雷電流參數(shù) 雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類別防雷建筑類別一類一類二類二類三類三類I I幅值幅值/kA5037.525T T1 1波頭時間波頭時間/s0.250.250.25T T2 2波頭時間波頭時間/s100100100I I/ /T T1 1平均陡度平均陡度/（kA/s）200150100首次以后短時雷擊的雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類別防雷建筑類別

31、一類一類二類二類三類三類Q Q1 1電荷量電荷量/C C200150100T T時間時間/s0 0.50.50.5長時間雷擊參數(shù) 2、線路中感性耦合的能量估算 感性耦合能量計算非常復(fù)雜，除考慮騷擾源能量以外，還要考慮耦合路徑上的衰減以及環(huán)路的面積和位置等。 業(yè)界專家對一些典型的感性耦合能量進行了計算，并將結(jié)果列成表格，可供工程應(yīng)用選擇。典型情況見后頁圖，計算結(jié)果見教材表5-9。iiV1mlViil1m0.1miiVTilViiilKViiiiiiVlla）b）c）d）e）f） 3、傳導(dǎo)耦合的能量計算 主要考慮壓降和各處連接的分流作用。見上頁圖a、c、d及下圖。100%雷電流sh1REBB引下線

32、接閃器iiiiii50%雷電流遠處接地的進入建筑物的金屬管線建筑物的金屬管線遠處接地的進入EBB等電位聯(lián)結(jié)板i 小結(jié)： 電涌的能量取決于騷擾源（LEMP、SEMP）能量大小和耦合路徑衰減量大小。 騷擾源能量以雷電流幅值、電荷量來表征。 阻性耦合衰減主要是各處聯(lián)接的分流作用。 感性耦合衰減主要涉及空間距離、屏蔽及感應(yīng)環(huán)路面積等。第五節(jié) 電涌保護器 電涌保護器是一種用于帶電系統(tǒng)中限制瞬態(tài)過電壓并釋放電涌能量的非線性器件，簡稱SPD（Surge Protective Device），用以保護電氣電子系統(tǒng)免遭電涌破壞。 電子系統(tǒng)中還有串接限制過電流的電涌保護器件。 辯異：電涌保護器與避雷器?；驹硐?/p>

33、同，特性參數(shù)和應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用目的不同。通過共同點加深對基本概念的理解，通過不同點加強工程意識培養(yǎng)。 一、電涌保護器的類別與工作原理 分為電壓開關(guān)型、限壓型和混合型三類。 電壓開關(guān)型：突然導(dǎo)通特征。通流容量大，特性陡，殘壓高。主要用于泄放能量。適用于LPZ0與LPZ1區(qū)交界處。 限壓型：隨電涌電壓升高漸進導(dǎo)通。通流容量小，特性緩，因逐漸釋放能量而具有降低過電壓幅值的作用。主要用于保護設(shè)備。適用于LPZ0B及以后防雷區(qū)。 混合型：隨承受的電涌電壓不同而分別呈現(xiàn)電壓開關(guān)型或限壓型特性?？勺鳛榕潆娤到y(tǒng)中間級的保護。 三類SPD的保護動作特性圖。tuA雷電波開關(guān)型SPD0t0iASPD中電涌電流SPD中

34、工頻續(xù)流放電電壓Aut限壓型SPD雷電波0殘壓SPD中電涌電流Ai0ttuA混合型SPD雷電波0放電電壓殘壓t0iASPD中電涌電流SPD中工頻續(xù)流電壓開關(guān)型電壓開關(guān)型限壓型限壓型混合型混合型 二、電涌保護器的沖擊分類試驗 SPD有三種沖擊分類試驗，這三種試驗沒有等級之分。生產(chǎn)廠家可根據(jù)自己所生產(chǎn)產(chǎn)品的應(yīng)用條件，選擇其中一種或幾種進行試驗，并以試驗類別標定相關(guān)參數(shù)。 應(yīng)用條件：指SPD在系統(tǒng)中的安裝位置和應(yīng)起到的保護作用。 安裝位置：高暴露地點；低暴露地點。 保護作用：泄放能量為主；與被保護設(shè)備耐壓特性配合為主。 1、試驗用電流與電壓波形 （1）試驗標準電流。見圖。其中曲線、為IEC61643

35、-1標準推薦，曲線為德國E DIN VDE0675標準推薦。 （2）試驗標準電壓。一般采用1.25/50s的沖擊電壓作為試驗電壓。電涌保護器試驗電流曲線曲線1曲線曲線2曲線曲線3imax（kA）1001005Q（As）50100.1WR（J） 2.510651050.4103波形（波形（s）1035088082002004006008001000204050608010035080 st /i / kA123 2、三種分類試驗 （1）I級分類試驗。用1.2/50s沖擊電壓、8/20s和10/350s沖擊電流作的試驗。 試驗結(jié)果：標稱放電電流In（8/20s），最大沖擊電流Iimp（10/350

36、s）。 通過該試驗的SPD通常用于高暴露地點，可承受較大的能量。一般電壓開關(guān)型SPD進行該項試驗 （2）II級分類試驗。用1.2/50s沖擊電壓、8/20s沖擊電流作的試驗。 試驗結(jié)果：標稱放電電流In（8/20s）和最大放電電流Imax（8/20s）。 一般限壓型SPD進行該項試驗，用于低暴露地點。 一級與二級分類試驗得出的參數(shù)中，In是重疊的。 （3）III級分類試驗。開路時施加1.2/50s沖擊電壓、短路時施加8/20s沖擊電流作的試驗。 開路電壓與短路電流峰值之比為2。 三、主要參數(shù) （1）最大持續(xù)工作電壓Uc。使SPD工作時間不小于設(shè)計壽命所允許施加的最高工頻電壓。 原理：長期熱穩(wěn)定

37、性。 系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大持續(xù)運行電壓不應(yīng)該高于該電壓。 （2）標稱放電電流In。指SPD通過規(guī)定次數(shù)8/20s沖擊電流的最大值。在通過規(guī)定次數(shù)的這個電流后，SPD的特性變化不超過允許范圍?？捎蒊、II級分類試驗確定。 （3）最大放電電流Imax。指SPD通過1次8/20s沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生實質(zhì)性損壞。由II級分類試驗確定。用以衡量限壓型SPD的最大通流能力。 同一只SPD的Imax一般為In的22.5倍。 （4）沖擊電流Iimp。指SPD通過1次10/350s沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生實質(zhì)性損壞。由I級分類試驗確定。用于衡量電壓開關(guān)型SPD的

38、最大通流能力。 辯異： Imax、Iimp分別表示限壓型SPD和電壓開關(guān)型SPD的極限通流能力。SPD不應(yīng)因通過這樣大的電流而發(fā)生燒毀、爆炸等事故，但SPD的特性可能已經(jīng)變壞，不能繼續(xù)工作。 In表示限壓型和電壓開關(guān)型SPD的額定通流能力。多次通過該電流后，SPD應(yīng)可繼續(xù)正常工作，直至達到規(guī)定的次數(shù) 。 （5）電壓保護水平UP。即最大殘壓。對電壓開關(guān)型SPD ，又等于放電電壓。 殘壓指SPD動作后的電壓，為隨時間變化的波形，UP即變化的上限。 電壓保護水平應(yīng)低于設(shè)備耐壓。 （6）響應(yīng)時間。一般要求小于25ns。 參數(shù)示例。某通過I級分類試驗的SPD參數(shù)如下： 最大持續(xù)工作電壓Uc：350V 標

39、稱放電電流In：20kA（15個8/20s電流波） 沖擊電流Iimp：115kA（1個10/350s電流波） 電壓保護水平UP：600V第六節(jié) 低壓系統(tǒng)電涌保護配置 一、電涌保護對象分級 電涌防護等級是以建筑物中電子信息系統(tǒng)為對象劃分的，依據(jù)有兩個，一個是雷擊風(fēng)險，另一個是電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)。 電氣系統(tǒng)的防護級別與同一建筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防護級別等同，有時又簡稱建筑物的電涌防護等級。 分為A、B、C、D四個等級，A級防護要求最高，D級最低。 二、電涌保護的目的及其在防雷體系中的地位 1、目的 通過在電氣電子設(shè)備的電源側(cè)限制雷電過電壓（兼限制大部分操作過電壓）并泄放雷電能量，以保護設(shè)

40、備絕緣及硬件不致?lián)p壞。 2、地位 1）建筑物內(nèi)部防雷的重要組成部分。 2）綜合防雷體系的末端環(huán)節(jié)。 3）采取了基本防雷措施的前提下，專門針對耦合到低壓配電系統(tǒng)中和電子信息系統(tǒng)中的雷電能量進行防護。 與雷電過電壓防護對比：能量相對較小，但被保護設(shè)備承受力也小，響應(yīng)時間要求高，環(huán)境要求高，與其他環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性高。 二、電涌保護主要對象及耐受水平 保護對象為低壓配電和用電設(shè)備。 低壓設(shè)備耐壓分4個等級，見下表。系統(tǒng)標稱系統(tǒng)標稱電壓電壓從交流或直流標從交流或直流標稱電壓導(dǎo)出線對稱電壓導(dǎo)出線對中性點的電壓中性點的電壓（不大于）（不大于）設(shè)備的額定沖擊耐壓設(shè)備的額定沖擊耐壓過電壓（安裝）類別過電壓（安裝）類別三相三相I IIIIIIIIIIIIVIV230/400230/40030030015001500250025004000400060006000400/690400/6906006